Wei-Lee Wu est doctorant en génie chimique à l'université de Purdue. Il a obtenu son diplôme d'ingénieur chimiste à l'université du Maryland, College Park. À Purdue, il travaille dans le groupe de recherche CryPTSys du professeur Zoltan Nagy. Ses recherches portent sur l'utilisation des outils de l'Analyse des processus pour le développement, l'intégration et l'optimisation des procédés de cristallisation dans une variété d'applications industrielles. En dehors de la recherche, il est président de l'organisation des étudiants diplômés en génie chimique de Purdue, qui a pour but de faciliter le développement professionnel et de favoriser un sentiment d'appartenance à la communauté pour les étudiants diplômés en génie chimique.
Conception rapide de procédés de cristallisation de produits agrochimiques
Utilisation de la qualité par contrôle
La cristallisation est un procédé de séparation clé utilisé dans l'industrie agrochimique pour séparer les actifs agrochimiques des solutions impures. Une étape de cristallisation mal conçue peut entraîner un rendement médiocre, une faible pureté et un temps de filtration long. Traditionnellement, une série de plans d'expériences menés par l'approche de la qualité par conception (QbD) est utilisée pour optimiser le profil de fonctionnement du procédé de cristallisation (c'est-à-dire le profil de température, le profil d'ajout de solvant/antisolvant, le profil de pH).1 Une liste exhaustive d'expériences couvrant tous les facteurs est nécessaire pour explorer expérimentalement l'ensemble de l'espace de conception. Pour minimiser le nombre d'expériences et l'exposition du personnel aux produits chimiques toxiques, la qualité par contrôle (QbC) utilise les stratégies de contrôle mises en œuvre pour les attributs de qualité critiques (AQC) ciblés afin de déterminer le profil de fonctionnement du procédé.2 Pour une conception rapide des procédés, des approches de conception directe ou sans modèle peuvent être utilisées pour déterminer rapidement un profil de fonctionnement d'un procédé conduisant le système aux AQC souhaités. Deux approches de conception directe, le contrôle direct de la nucléation (DNC) et le contrôle de la sursaturation (SSC), sont utilisées pour contrôler la cristallisation d'un composé agrochimique modèle. La DNC et la SSC utilisent toutes deux des outils de technologie analytique du processus (PAT) pour acquérir des données et contrôler le processus. La DNC utilise une approche de contrôle par rétroaction en boucle fermée avec des mesures de particules par réflectance à faisceau focalisé (FBRM) pour générer des cycles de température.3 D'autre part, SSC utilise la mesure de la concentration via un détecteur UV/Vis dans une approche de contrôle en boucle fermée pour contrôler la concentration en manipulant la température.4
Dans ce travail, les deux approches de conception directe ont été mises en œuvre pour étudier l'impact sur la forme, la longueur et le temps de filtration des particules en forme d'aiguille. Les résultats préliminaires ont indiqué une amélioration significative des performances globales du procédé de cristallisation-filtration. En utilisant une approche alternative de conception directe basée sur la turbidité et la DNC, le temps de filtration a été réduit d'un facteur quatre par rapport à la recette standard. La procédure améliorée ne réduit pas seulement les temps de cycle des opérations unitaires, mais améliore également la forme des particules pour de meilleures opérations en aval (c'est-à-dire le séchage, le transport). L'analyse des cristallisations du produit par chromatographie liquide à haute performance (CLHP) indique que le profil d'impuretés du composé agrochimique n'a pas été compromis avec les thermocycles. Les approches de conception directe basées sur le QbC ont également été évaluées dans des systèmes de cristallisation à plus grande échelle (5 L), ce qui indique que l'approche de conception rapide basée sur le contrôle de la rétroaction peut conduire à une mise à l'échelle rapide et robuste des procédés de cristallisation agrochimiques.
Références :
(1) Bondi, R. W. ; Drennen, J. K. Quality by Design and the Importance of PAT in QbD ; Academic Press, 2011 ; Vol. 10.
(2) Su, Q. ; Ganesh, S. ; Moreno, M. ; Bommireddy, Y. ; Gonzalez, M. ; Reklaitis, G. V. ; Nagy, Z. K. A Perspective on Quality-by-Control (QbC) in Pharmaceutical Continuous Manufacturing. Comput. Chem. Eng. 2019, 125, 216-231.
(3) Bakar, M. R. A. ; Nagy, Z. K. ; Saleemi, A. N. ; Rielly, C. D. L'impact du contrôle direct de la nucléation sur la distribution de la taille des cristaux dans les procédés de cristallisation pharmaceutiques. Cryst. Growth Des. 2009, 9 (3), 1378-1384.
(4) Saleemi, A. N. ; Rielly, C. D. ; Nagy, Z. K. Comparative Investigation of Supersaturation and Automated Direct Nucleation Control of Crystal Size Distributions Using ATR-UV/Vis Spectroscopy and FBRM. Cryst. Growth Des. 2012, 12 (4), 1792-1807.
